正交异性钢桥面板U肋与桥面板焊缝连接处疲劳试验研究

以九江长江公路大桥主跨钢箱梁结构为研究对象,通过对实桥结构的有限元分析,确定了能够反映正交异性钢桥面板U肋与桥面板焊缝连接处受力状态的疲劳试样;依据理论分析和静载试验,获得了加载载荷与研究部位应力的对应关系;通过疲劳试验得到了该结构细节的疲劳破坏形式、应力-寿命曲线及容许应力幅值,为大桥的疲劳寿命评估、健康检测及养护维修提供依据,也为其它桥梁设计提供参考.     

钢筋混凝土桥梁疲劳荷载模型及应力水平研究

随着公路交通量的日益增加,车辆荷载的循环累积作用引起桥梁结构疲劳损伤,其安全运营与耐久性能受到严重影响,公路桥梁疲劳损伤问题受到普遍关注.目前,我国公路桥梁规范尚无疲劳车辆荷载模型的取值相关规定,通过国内外公路桥梁疲劳车辆荷载模型研究分析其适用性.针对量大面广的中小跨径混凝土桥梁选取三座典型桥梁,对其进行设计荷载、标准疲劳车荷载和实际调查运营荷载作用下的桥梁荷载水平进行计算与分析,提出混凝土桥梁设计荷载应力水平为0.5,实际运营调查荷载应力水平为0.55,可为既有公路钢筋混凝土桥梁疲劳性能的准确评估提供一定的理论依据与技术参考.     

大跨度钢箱梁斜拉桥钢–UHPC组合桥面加固效果评估

为评估钢-UHPC（超高性能混凝土,Ultra-High Performance Concrete）组合桥面对大跨度钢箱梁斜拉桥的加固效果,基于随机车流下应力监测数据,结合《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）对钢-UHPC组合桥面和ERE（冷拌环氧树脂,Epoxy bond chips layer+ Resin asphalt+ Epoxy bond chips layer）桥面的疲劳性能进行了对比评估。利用Miner线性累积损伤准则计算了两种桥面各疲劳易损细节的剩余疲劳寿命。建立有限元模型,对钢-UHPC组合桥面UHPC层的抗裂性能进行了验算;计算了两种桥面钢桥面板的最大挠度及沥青铺装层的最大拉应力。结果表明： ERE桥面面板-纵肋焊缝纵肋侧、横隔板弧形切口和纵肋对接焊缝处存在较大应力,剩余疲劳寿命分别为214、186、61年;ERE桥面纵肋对接焊缝处在桥梁设计基准期内有疲劳破坏的风险;经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性板各疲劳易损细节最大应力幅值均降低到常幅疲劳极限以下,剩余疲劳寿命增长为无穷大;钢-UHPC组合桥面UHPC层的最大拉应力为4.68MPa,抗裂性能满足规范设计要求;经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性桥面刚度提升效果明显;加固后,钢桥面板挠度降幅为34%,最大挠度为0.69mm;沥青铺装层最大拉应力降幅为59%,最大拉应力为0.42MPa。经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性钢桥面板各疲劳易损细节疲劳性能满足规范设计要求,桥面铺装层的抗裂性能也有所改善。     

混凝土构件疲劳设计规定及相关问题探讨

对比分析了中国公路桥涵设计规范审批稿和混凝土结构设计规范有关混凝土结构疲劳设计的规定，按相应规范验算了12根吊车梁、6根预应力混凝土及2根钢筋混凝土简支T型梁桥主梁的疲劳承载能力；对比分析了吊车梁与桥梁所受荷载的差异以及相应构件压区混凝土和拉区钢筋在应力水平、应力幅、应力比等方面的差异，并初步探讨了公路钢筋混凝土桥涵的疲劳问题，指出了公路桥涵设计规范在结构疲劳设计方面的不足，提出了相关建议。     

钢-混凝土组合梁疲劳性能的有限元分析

目的为提高组合梁的抗疲劳寿命,研究组合梁疲劳性能．方法采用ANSYS软件包对组合梁的疲劳性能进行数值模拟与研究,通过建模对其施加疲劳荷载,计算具有不同配筋率和混凝土抗压强度的7根组合梁应力幅和疲劳寿命,得到了相应的s—N过程曲线,并与组合梁的试验结果和国际相关规范进行了比较．结果混凝土抗压强度从36．4MPa提高N41．8MPa,疲劳寿命提高了1．48倍;其他条件相同的情况下,应力幅提高9．9／MPa,试验和有限元计算疲劳寿命提高12．8万次和24万次．结论配筋率、混凝土强度和应力幅值是影响组合梁疲劳寿命的主要因素,配筋率比混凝土抗压强度影响更显著．     

应变疲劳寿命的强度稳定综合理论法研究

应变疲劳分析是解决结构失效问题的重点研究内容之一.运用强度稳定综合理论及方法将应变疲劳寿命转化为切线模量因子的表达,通过分析转化过程中的无量纲曲线,发现一些材料间的固有规律.以切线模量因子为"桥梁",将循环应力应变曲线中的应力作为裂纹扩展时的临界应力,对应该应力的应变值当作疲劳试验的控制应变幅值,则对应的裂纹长度就是应变疲劳寿命的折算裂纹长度;通过切线模量因子建立的衍生比例定律和应力疲劳寿命的建模方法可以得到寿命应变关系的预测模型.这一模型与灰色系统理论的GM模型具有相同的数学表达,并通过实验数据验证该模型的误差小于5%.     

循环荷载下岩石疲劳寿命双因素模型实验研究

通过对花岗岩、白砂岩和大理岩的单轴压缩、恒幅和变幅循环荷载疲劳试验,建立了一种测定岩石疲劳寿命双因素实验模型.试验表明,变幅应力是影响疲劳寿命的关键因素;变幅应力的基础疲劳寿命比恒幅应力的降低16.9%-18%,临界应力比降低23.0%-28.23%.尽管岩石的试验数据离散性很大,但本实验模型对于测定岩石全应力曲线非稳态区内的疲劳寿命具有良好的适应性;与传统方法相比,它更准确,更符合实际;因此该模型对岩石基础工程的设计和现场监测具有实用价值.     

高温多轴变幅疲劳损伤累积

为进行高温多轴变幅疲劳寿命预测,以应力幅作为损伤变量,采用经典的Chaboche模型进行多轴疲劳损伤计算.多轴加载下等效应力的确定是根据单轴加载下的本构关系,利用多轴等效应变求出等效应力.修正Chaboche疲劳累积损伤模型中应力指数表达式的形式,根据Chaboche损伤累积模型,求解变幅加载下的疲劳损伤.推导出多级加载的Chaboche疲劳损伤累积公式,将其用于变幅加载块的疲劳损伤估算.寿命预测结果与试验结果接近,误差基本在2倍因子之内,说明了寿命估算方法的可行性.     

开孔板连接件剩余承载力计算模型及试验验证

为了研究组合结构桥梁中开孔板连接件在一定疲劳荷载循环次数后抗剪承载力的退化问题,提出基于疲劳累积损伤效应的开孔板连接件剩余承载力计算方法.采用弹性地基梁法分析开孔板连接件在线弹性阶段的受力特征,得出在给定疲劳荷载幅值下贯穿钢筋和混凝土榫的应力幅值;参考已有文献中混凝土与钢筋的疲劳寿命模型计算出各自的疲劳寿命,得到两者在一定疲劳循环次数后的损伤;根据贯穿钢筋和混凝土榫对整体承载力的贡献比例,计入相应的损伤度,推导出开孔板连接件疲劳后的剩余承载力计算模型.通过开孔板连接件剩余承载力的推出试验结果进行验证.结果表明:提出的模型的计算结果不仅与试验结果吻合良好,且偏于安全.     

航空发动机涡轮盘低周疲劳与蠕变寿命分析

利用低周疲劳与蠕变同时作用时的应力应变关系,得出了一个新的应力应变回线及应力应变变化曲线,并以此为基础提出了一个以全应变幅为控制变量的计算低周疲劳寿命的新方法。同时利用蠕变与疲劳损失等效的假设,将蠕变对寿命的影响转化为疲劳周次,从而为疲劳与蠕变耦合问题的寿命计算提出了一个新的方法。     

轧机主传动万向接轴随机疲劳设计

万向接轴是轧机主传动系统的关键部件,具有结构复杂、工作时承受随机冲击扭矩等特点。在分析轧机主传动万向接轴受力特点的基础上,提出应以轧机冲击扭矩载荷谱作为主传动万向接轴的疲劳设计载荷;计及低于疲劳极限的应力循环对裂纹发展的影响,采用修正后的材料p-S-N曲线并运用累积损伤理论对万向接轴进行随机疲劳设计和寿命预测。提出的轧机主传动万向接轴随机疲劳设计方法同样适合于具有同类载荷特征机械零件或结构的疲劳设计。     

Fatigue life prediction and experiment research for composite laminates with circular hole

Based on the fatigue prediction model of exponential function and Whitney-Nuismer(WN) criterion of static strength for the composite material laminate with a circular hole, the stress correct factor (β) was put forward and a new fatigue prediction model for composite material laminate was set up. T300/KH304, which is recently studied and is a high capability composite material, was used as the raw material. In order to gain the factor β, the fatigue experiments of the laminates with holes in different diameters and the same ratio of width to diameter were conducted. The fatigue analysis and tests of the laminates with a hole 5 mm in diameter are carried out at different stress levels, and the results meet the engineering requirement. The simple, prompt and practical method is provided for the prediction of S-N curve of composite laminate with a circular hole.     

船体结构疲劳评估的设计波法

目前,基于谱分析的疲劳评估直接计算法是相对较为精确的船舶结构疲劳评估方法,但此种方法的工作量巨大,给实际应用带来了许多不便．因而,疲劳评估设计波法就引起了人们的关注．为了更好的应用设计波法,文章对设计波法的基本原理进行了说明,同时提出了一种选择疲劳评估设计波的新方法,并按这种方法对一艘滚装船的典型结构进行疲劳评估,给出了各计算点的疲劳寿命．从该方法所得结果与简化方法、直接计算法所得结果的比较可知,对于外底和外壳板典型结构的疲劳寿命而言,设计波法与简化方法符合较好,而对于其余典型结构,三者的差别比较明显。     

超薄水泥混凝土路面设计理论与方法

超薄水泥混凝土(Ultra-Thin Whitetopping,UTW)路面由于其板厚和平面尺寸的特殊性,尚无一套适宜的路面结构设计方法.在对UTW路面结构荷载应力和温度应力利用有限元法进行计算分析的基础上,提出了UTW路面设计理论与方法.采用贝克曼梁或落锤式弯沉仪(Falling Weight Deflectometer,FWD),测定旧沥青路面表面回弹弯沉,计算综合回弹模量,来评价旧沥青路面承载能力,并推荐控制标准值为当量回弹模量宜大于188 MPa.路面板的疲劳断裂是UTW路面的主要破坏模式,据此提出以控制行车荷载反复作用在板内所产生的荷载疲劳应力不大于混凝土弯拉强度作为路面板厚度设计的标准.确定了结构设计参数及路面板厚度计算方法.     

预应力混凝土构件正截面疲劳抗裂分析

针对预应力混凝土构件的正截面疲劳开裂机理与静力开裂机理的差异.指出了影响疲劳开裂的两个主要参数,即预应力钢筋的有效预应力值与混凝土抗拉疲劳强度随着重复荷载次数增加而逐渐降低,且其降低的程度不可忽略.在混凝土轴心拉-拉与拉-压疲劳试验的基础上得到了疲劳强度折减系数的计算公式,并推导出考虑了疲劳荷载作用而产生的预应力损失增量的计算公式.指出对于大多数允许出现拉应力而不允许出现裂缝的预应力混凝土构件,混凝土的抗拉疲劳强度折减系数应采用由拉-压疲劳试验得出的结果,不可简单地套用规范取值.最后给出了正截面疲劳抗裂分析的实用验算方法,为预应力混凝土构件的疲劳抗裂设计提供了依据,并可为制订有关设计规范所参考.     

一种基于眼部状态的疲劳驾驶检测方法

针对传统的疲劳驾驶检测准确率低和实时性差的问题,提出了一种基于眼部状态的疲劳驾驶检测方法.利用CCD相机实时获取驾驶员的脸部图像,采用直方图均衡化增强图像的对比度;通过改进的cascade(Hear分类器)的人脸检测算法检测出脸部区域;利用OTSU阈值分割和形态学运算提取人眼区域,根据人眼的宽高比判定眼睛的闭合程度;依据PERCLOS-P80原理和眨眼频率判断驾驶员的疲劳状态.实验结果表明:改进的人脸检测算法对每帧图像的检测时间约为45ms,在人脸检测速度上提高了2.3倍,为整个疲劳驾驶检测节省了大量的时间.研究疲劳驾驶检测方法检测一帧图像的时间约为65ms,而且在不同的光照强度下的检测均有较高的准确率,满足疲劳驾驶检测对准确性和实时性的要求.     

弯曲应力对汽轮机螺栓疲劳寿命影响的研究

火力发电厂汽轮机螺栓是汽轮机组的重要部件,螺栓疲劳寿命的研究对汽轮机的安全运行及维修具有重要的意义。对螺栓所受应力特别是附加弯曲应力进行了全面的分析,采用平均应力Morrow修正式对弯曲应力对疲劳特性的曲线的影响进行了研究,得到了不同偏转角下的螺栓低周疲劳特性曲线,并对一实际螺栓进行了具体计算,提出了在螺栓偏斜情况下准确计算疲劳寿命损耗的方法。     

基于满意域和禁忌域的交互式遗传算法

针对交互式遗传算法中用户易疲劳问题，提出求同算子与求异算子，基于此给出搜索空间的划分及演化方法，提出基于满意域和禁忌域的交互式遗传算法，该方法可以引导遗传算法在不断缩小的空间中产生新个体，从而提高收敛速度，减少进化代数，达到减轻用户疲劳的目的．利用此方法进行服装设计的实验结果表明，该方法可以有效解决用户疲劳问题。     

钢结构桥梁疲劳2020年度研究进展

钢结构桥梁具有轻质高强、跨越能力大、易工厂化制造和便于装配化施工等突出优点,是桥梁工程的重要发展方向。但工程实践表明,疲劳与断裂是导致结构服役性能降低甚至引发灾难性事故的关键因素,严重制约了钢结构桥梁发展应用。学者们从不同的角度对于钢结构桥梁疲劳问题进行了深入系统的研究,现聚焦于疲劳失效机理与抗力评估方法、抗疲劳设计与建造技术、环境因素及其疲劳抗力效应机制、疲劳裂纹识别与监测检测、疲劳开裂处置与性能强化等主要方面。对2020年度在相关领域所取得的最新研究进展进行总结,梳理亟待解决的关键问题以及下阶段的研究重点。结果表明,钢结构桥梁疲劳问题是学术界和工程界的研究热点,在对疲劳性能分析评估理论方法、抗疲劳设计和长寿命结构、抗疲劳建造技术、疲劳损伤监测与疲劳微裂纹检测识别、剩余疲劳寿命预测与疲劳性能强化进行研究的基础上,构建钢结构桥梁全寿命周期抗疲劳技术,是未来的研究重点和重要发展方向。